DE3716850C2 - Vorrichtung zum Einstellen des Rotors eines Drehschalters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen des Rotors eines Drehschalters in zwei mögliche Schaltstellungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Solche Vorrichtungen werden z. B. zum Einstellen von Hohlleiterschaltern oder Koaxialschaltern verwendet.

Es ist aus der DE-OS 33 15 682 ein Winkelstellglied mit zwei Schaltstellun­ gen bekannt. Der Rotor dieses Winkelstellglieds besitzt permanent magneti­ sierte Nord- und Südpole. Ein Gehäuse trägt Polelemente mit Spulen und Pol­ stücken. Eines der Polstücke ist immer ein Nordpol. Die anderen Polstücke können durch entsprechendes Erregen der zugehörigen Spulen in ihrer Pola­ rität gleichzeitig geändert werden. Der Rotor dieses Winkelstellglieds be­ sitzt daher zwei stabile Positionen, die um 120° zueinander versetzt sind. Die Rotorbewegung kann jedoch durch mechanische Anschläge 15° vor der sta­ bilen Position begrenzt werden, um auf diese Weise die maximale Winkelbe­ wegung auf 90° zu begrenzen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Einstellen des Rotors eines Drehschalters in zwei Stellungen zu schaffen, die sich durch einen im Schalter integrierten Antrieb und einer permanentmagneti­ schen Rotoranordnung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht insbesondere darin, daß zur elektri­ schen Ansteuerung der Vorrichtung nur eine Leitung und ein Stromimpuls bestimmter Polarität benötigt wird, daß die Rotoreinstellung durch einen in die Vorrichtung integrierten Antrieb erfolgt und daß der Rotor durch Rastelemente exakt in die einzelnen Schaltstellungen bewegt und gehalten wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Hohlleiterschalters in prinzipieller Darstellung,

Fig. 2 die Momentenkennlinien einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit An­ schlägen in den Positionen 1 und 2,

Fig. 3 eine Vorrichtung in prinzipieller Darstellung in einer Teilabwick­ lung sowie eine weitere Ausgestaltung der Erfindung (Angaben in Klammern),

Fig. 4 die Momentenkennlinien einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit nachgeschalteten Anschlägen.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 der Zeichnung zeigt in prinzipieller Darstel­ lung ein Ausführungsbeispiel eines Hohlleiterschalters in seinen zwei Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2. In der Schaltstellung Pos. 1 sind die Eingänge A mit D und B mit C verbunden, in der Schaltstellung Pos. 2 die Eingänge A mit B und C mit D.

In Fig. 2 sind Momentenkennlinien dargestellt. Hier zeigt die Kurve M_A den Verlauf eines Antriebsmoments M_A im Bereich zwischen den beiden Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2 (0° und 90°).

Die Kurve M_D zeigt den Verlauf eines Rastmoments M_D ebenfalls im Bereich zwischen den Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2 (0° und 90°).

Ein gleichbleibendes Reibmoment M_R, welches z. B. durch Lagerreibung hervorgerufen wird, wird durch die Kurve M_R dargestellt.

In Fig. 3 wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung in prinzipieller Darstellung in einer Teilabwicklung gezeigt, wobei Fig. 3a eine Rastanordnung und Fig. 3b einen axial versetzten Antrieb der Vorrichtung darstellt.

Der Antrieb 8, 9, 10, 11 und die Rastanordnung 3, 4, 5 befinden sich axial versetzt in verschiedenen Ebenen.

Die Rastanordnung 3, 4, 5 ist auf dem Stator 1 und auf dem Rotor 2 angeordnet. Auf dem Stator 1 befinden sich zwei Permanentmagnete 3, die den Schaltstellungen Pos. 1 (0°) und Pos. 2 (90°) zugeordnet sind, sowie symmetrisch in der Mitte zwischen den Permanentmagneten 3 ein Permanentmagnet geringerer Feldstärke 5. Die Permanentmagnete 3 und 5 sind um 45° zueinander versetzt. Zwei Anschläge aus stark dämpfendem Material 6, 7 haben die Aufgabe, die Drehung des Rotors 2 auf 90° zu begrenzen.

Auf dem Rotor 2 befindet sich der andere Teil 4 der Rastanordnung 3, 4, 5. Ein Permanentmagnet 4 ist symmetrisch zwischen den Anschlägen 6′ und 7′ angeordnet und hat gegenüber den Permanentmagneten 3 auf der dem Stator 1 zugewandten Seite entgegengesetzte Polarität und gegenüber dem Permanentmagneten geringerer Feldstärke 5 gleiche Polarität, um einmal ein anziehendes und einmal ein abstoßendes Rastmoment M_D zu erzeugen.

Die Fig. 3b zeigt in einer Teilabwicklung einen Antrieb 8, 9, 10, 11 mit einem Stator 1 und einem Rotor 2 für zwei Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2.

Eine Antriebswicklung 8 eines Stators 1 (Fig. 3b) erzeugt das Antriebsmoment M_A. Im gezeigten Beispiel treibt das Antriebsmoment M_A einen Rotor 2 aus der Schaltstellung Pos. 1 (0°) nach rechts gegen das durch Permanentmagnete 3, 4, 5 (Fig. 3a) erzeugte Rastmoment M_D in Richtung der Schaltstellung Pos. 2 (90°).

Bei 45° drehen das Antriebsmoment M_A und das Rastmoment (M_D) ihre Wirkungsrichtungen um. Um eine Zentrierung des Rotors 2 bei 45° zu vermeiden, muß der das Antriebsmoment M_A erzeugende Stromimpuls durch die Antriebswicklung 8 des Stators 1 in seiner Länge so bemessen sein, daß diese Zentrierung bei 45° unterbleibt und der Rotor 2 durch seine in Drehung befindliche Masse über 45° hinaus in Richtung der Schaltstellung Pos. 2 (90°) gedreht wird. Ab etwa 50° übernimmt das Rastmoment das weitere Drehen des Rotors 2 in die Schaltstellung Pos. 2 (90°), wo ein Anschlag 7 des Stators 1 aus stark dämpfendem Material die Drehbewegung des Rotors 2 auf 90° begrenzt. Das nach rechts gerichtete Rastmoment M_D hält den Rotor 2 in dieser Schaltstellung Pos. 2 (90°) fest.

Das Rastmoment M_D hat bei ca. 70° seinen kleinsten Betrag, ist aber auch hier noch mindestens 5 mal größer als das Reibmoment M_R, so daß ein sicheres Drehen des Rotors 2 gewährleistet ist.

Soll der Rotor 2 aus dieser Schaltstellung Pos. 2 (90°) wieder in die erste Schaltstellung Pos. 1 (0°) gedreht werden, so wird ein neuer Stromimpuls gleicher Polarität benötigt, welcher jetzt ein nach links gerichtetes An­ triebsmoment M_A erzeugt.

Die in Fig. 3b in Klammern angegebenen Winkelwerte stellen eine weitere Möglichkeit dar, die Antriebswicklungen 8 und Permanentmagnete 9, 10 zur Erzeugung eines geeigneten Antriebsmomentes M_A anzuordnen. Der Stator 1 enthält eine Antriebswicklung 8 mit maximal sechs hintereinander geschalteten einzelnen Wicklungen, hier symbolisch als einfacher Leiter mit eingezeichneter Stromrichtung als Ausschnitt dargestellt. Die Antriebswicklungen 8 sind gegenüber den Magnetstoßstellen des Rotors 2 um 15° aus den Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2 versetzt, um in dem Moment, wenn die Antriebswicklung von einem Strom durchflossen wird, ein definiertes Antriebsmoment M_A bestimmter Richtung zu erhalten. Die Wicklungsbreite beträgt 60°.

Der Rotor 2 enthält maximal sechs um jeweils 60° versetzte Permanentmagnete 9, 10 sowie einen magnetischen Rückschluß 11.

In Fig. 4 sind Momentenkennlinien einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit zur Sicherheit nachgeschalteten Anschlägen dargestellt. Ebenso wie in Fig. 2 zeigt die Kurve M_A den Verlauf des Antriebsmomentes M_A im Bereich der beiden Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2 (0° und 90°). Die Kurve M_D zeigt den Verlauf des Rastmoments M_D und die Kurve M_R den Verlauf des Reibmoments M_R.

In den Schaltstellungen Pos. 1 (0°) und Pos. 2 (90°) wird der Rotor 2 (Fig. 3) durch das Rastmoment M_D zentriert. D.h., daß das Rastmoment M_D links und rechts der Schaltstellung Pos. 1 (0°) sowie rechts und links der Schaltstellung Pos. 2 (90°) jeweils in Richtung der Schaltstellungen Pos. 1 und Pos. 2 gerichtet ist und den Rotor 2 in die Schaltstellungen bewegt und dort festhält.

Der sonstige Momentenverlauf entspricht dem der Fig. 2.

Bei dieser Ausführungsform stehen sich die Permanentmagnete 3, 4 (Fig. 3b) in den Schaltstellungen Pos. 1 (0°) und Pos. 2 (90°) gegenüber, und die Anschläge 6 und 6′ bzw. 7 und 7′ haben normalerweise keinen Kontakt miteinander.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Einstellen eines Rotors eines Drehschalters in zwei mögliche, durch Raststellungen begrenzte Schaltstellungen mit Hilfe eines Antriebes mit rotorseitigen Permanentmagneten und statorseitigen Antriebswicklungen und einer magnetischen Rastanordnung zum Stellen und Halten des Rotors in den einzelnen Schaltstellungen, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß der Antrieb (8, 9, 10, 11) statorseitig wenigstens eine Antriebswicklung (8) und rotorseitig wenigstens 3 Permanentmagnete (9, 10) unterschiedlicher Polarität aufweist,
• b) daß in jeder Schaltstellung (Pos. 1, Pos. 2) des Rotors (2) die Antriebswicklung (8) gegenüber den Permanentmagneten (9, 10) derart versetzt ist, daß mittels eines Stromimpulses ein Antriebsmoment (M_A) erzeugbar ist, welches so gerichtet ist, daß der Rotor (2) aus seiner jeweiligen Schaltstellung (Pos. 1, Pos. 2) in Richtung der anderen Schaltstellung (Pos. 2, Pos. 1) bewegbar ist,
• c) daß die Rastanordnung ein permanentes Rastmoment (M_D) erzeugt, das nach dem Abschalten des Stromimpulses in gleicher Richtung wirkt, wie das Antriebsmoment (M_A), welches den Rotor (2) in die andere (Pos. 2, Pos. 1) Schaltstellung bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstellungen (Pos. 1 und Pos. 2) durch Anschläge (6, 7) bestimmt sind, an die der Rotor (2) durch Rastmomente (M_D) gehalten wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstellungen (Pos. 1 und Pos. 2) jeweils durch eine magnetische Zentrierung bestimmt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Winkelversatz von 15° zwischen Antriebswicklung (8) und Permanentmagnet (9, 10) und einer Wicklungs- bzw. Permanentmagnetbreite von 60° die Anzahl der statorseitigen Antriebswicklungen (8) maximal 6 n beträgt, mit n = 1, 2, 3, . . .

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Winkelversatz von 45° zwischen Antriebswicklung (8) und Permanentmagnet (9, 10) und einer Wicklungs- bzw. permanentmagnetbreite von 90° die Anzahl der statorseitigen Antriebswicklungen (8) maximal 4 n beträgt, mit n = 1, 2, 3, . . .

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Winkelversatz von 15° zwischen Antriebswicklung (8) und Permanentmagnet (9, 10) und einer Wicklungs- bzw. permanentmagnetbreite von 60° die Anzahl der rotorseitigen Permanentmagnete (9, 10) maximal 6 n beträgt, mit n = 1, 2, 3, . . .

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Winkelversatz von 45° zwischen Antriebswicklung (8) und Permanentmagnet (9, 10) und einer Wicklungs- und Permanentmagnetbreite von 90° die Anzahl der rotorseitigen Permanentmagnete (9, 10) maximal 4 n beträgt, mit n = 1, 2, 3, . . .

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstellungen (Pos. 1) 0° und (Pos. 2) 90° betragen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschalter ein Hohlleiterschalter oder ein Koaxialschalter ist.